Aquecimento eletromagnético aplicado à recuperação avançada de óleo e ao armazenamento de energia limpa

Water-flooding aided by electromagnetic heating using microwaves has a great potential for heavy oil recovery. The radiant energy is absorbed by water and converted into heat near the EM source. The heat is imparted into the oil phase while being transported deep into the porous medium. Under this premise, a model was developed. The model is solved numerically using a staggered algorithm joining Galerkin Least Square Finite Elements Method and Kurganov-Tadmor Finite Volumes Method. Numerical results were obtained for different types of oil. For the considered parameter values, the eletromagnetic heating technique increments the oil production up to 56% after a 24-month injection. This increment is inversely proportional to the oils API gravity (directly proportional to viscosity). The implementation was validated by comparing computational results with the simplified model’s analytical solution obtained using Conservation Laws theory and the Sturm-Liouville theory. Simple convergence analysis was also performed endorsing our numerical approach. Analytical and numerical approaches were obtained for the two-dimensional geometry with two parallel horizontal wells. The temperature profile obtained through the simplified model’s analytical solution is close to the one obtained by simulations (less than 1.9% relative error). On the other hand, the water-flooding aided by electromagnetic heating is an emerging method for storing renewable energy, such as photovoltaic solar and wind electric power, into aquifers. We investigate how the captured energy increases the temperature of a prototypical deep aquifer for six month period and then to which extent the stored energy can be recovered during the consecutive six months. Water injected at a constant flow rate is simultaneously heated using a high-frequency electromagnetic microwave emitter operating at the water natural resonance frequency 2.45 GHz. The coupled reservoir flow and heating are described using Darcy’s and the energy balance equations. The latter includes a source term accounting for the wave propagation and absorption, modeled separately using Maxwell’s equations. The equations are solved numerically by the Galerkin Least square finite elements method. The approach was validated using EM-heating input data obtained from controlled laboratory experiments and then was applied to the aquifer. We found that, after six years of alternate storage and recovery, up to 77% of the injected energy is recovered when considering realistic heat losses estimated from field data. Even when heat losses are increased by a factor of two, up to 69% of the injected energy is recovered in this case. This shows that down-hole eletromagnetic heating is a highly effective method for storing renewable energies, capable of helping to solve their inherent intermittency.A injeção de água combinada ao aquecimento eletromagnético (EM) usando microondas tem um grande potencial para recuperação de óleo pesado. A energia radiante eletromagnética é absorvida pela água e convertida em calor perto do emissor. O calor é transmitido para a fase oleosa enquanto é transportado pelo meio poroso. Sob essa premissa, foi desenvolvido um modelo matemático para o problema referenciado. O modelo é resolvido numericamente usando um algoritmo escalonado, que une o Método de Elementos Finitos aplicados a uma formulação de Galerkin estabilizada com mínimos quadrados (GLS-FEM) e o Método dos Volumes Finitos de Kurganov-Tadmor (KT-FVM). Resultados numéricos foram obtidos para diferentes tipos de óleo. Para os valores dos parâmetros considerados, a técnica de aquecimento incrementa a produção de óleo em até 56% após uma injeção de 24 meses. Este incremento é inversamente proporcional ao grau API dos óleos (diretamente proporcional à viscosidade). A implementação foi validada comparando os resultados computacionais com a solução analítica do modelo simplificado, a partir da teoria das Leis de Conservação e a teoria de Sturm-Liouville. Um teste de convergência simples também foi realizada endossando nossa abordagem numérica. As abordagens analíticas e numéricas foram obtidas considerando uma geometria bidimensional com dois poços horizontais paralelos. O perfil de temperatura obtido através da solução analítica do modelo simplificado é próximo ao obtido por simulações (menor que 1, 9% de erro relativo). Por outro lado, o aquecimento EM combinado à injeção de água é um método emergente para armazenar energia renovável, como energia solar fotovoltaica e eólica, em aquíferos. Investigamos como a energia capturada aumenta a temperatura de um aquífero profundo por um período de 6 meses, até o ponto da energia armazenada poder ser recuperada durante os 6 meses consecutivos. A água injetada a uma taxa de fluxo constante é aquecida simultaneamente; usando um emissor de micro-ondas de alta frequência, operando com ressonância natural da água de 2,45 GHz. O fluxo do reservatório acoplado ao aquecimento EM é descrito usando as equações de balanço de energia e de Darcy e inclui o termo fonte que explica a propagação e absorção da onda EM, modelado separadamente usando as equações de Maxwell. As equações são resolvidas numericamente pelo Método GLS-FEM. A abordagem foi validada usando dados de entrada de aquecimento EM obtidos de experimentos controlados de laboratório. Após 6 anos de armazenamento e recuperação alternados, até 77% da energia injetada é recuperada quando perdas de calor realistas são estimadas. Mesmo quando as perdas de calor são aumentadas por um fator de dois, até 69% da energia injetada é recuperada neste caso. Isso mostra que, o aquecimento EM de fundo de poço é um método altamente eficaz de armazenamento de energias renováveis, capaz de ajudar a resolver sua intermitência inerente